[发明专利]一种碳量子点修饰的铁酸镧/凹凸棒纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于环境保护中脱硝催化制作技术领域，具体涉及一种碳量子点修饰的铁酸镧/凹凸棒纳米复合材料及其制备方法和应用。将硝酸镧、硝酸铁、柠檬酸和凹凸棒加入到去离子水中搅拌充分，然后转移到水浴锅中，在50℃～100℃下蒸发得到湿凝胶，烘干煅烧后浸渍于碳量子点溶液中，烘干后研磨。采用该复合材料作为催化剂进行光催化脱硝，与传统的SCR脱硝相比，能耗大为减少，且低温下对NO的转化效率明显提高。

技术领域

本发明属于环境保护中脱硝催化制作技术领域，具体涉及一种碳量子点修饰的铁酸镧/凹凸棒纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来空气污染越来越严重，氮氧化物作为大气的主要污染物之一，对人类的身体健康和生活环境造成了极大的危害，如呼吸道疾病、酸雨、光化学烟雾和固体颗粒物PM2.5等，因此，氮氧化物的污染防治变得尤为迫切。

传统脱硝的方法主要是选择性催化还原法(SCR)，其主要利用钒钛催化剂，氨气或尿素作为还原剂将氮氧化物分解为无害的氮气，但存在低温活性较低，且能耗较大的缺点。利用太阳光能催化降解污染物质作为新型的、具有潜力的脱硝技术，成为环境保护科学研究的一个热点。

发明内容

为了解决光催化脱硝的技术问题，在可见光的照射下把NO最大程度的转化成N₂，本发明提供了一种碳量子点修饰的铁酸镧/凹凸棒纳米复合材料，该复合材料以碳量子点修饰凹凸棒与铁酸镧复合的LaFeO₃/ATP，该复合材料的组成通式表示为：μ％CQDs/LaFeO₃/ATP，式中，μ％为碳量子点相对于铁酸镧/凹凸棒的质量百分比，μ＝1～5。

本发明还提供了一种上述碳量子点修饰的铁酸镧/凹凸棒纳米复合材料的制备方法：

(1)将硝酸镧、硝酸铁、柠檬酸和凹凸棒加入到去离子水中搅拌充分，然后转移到水浴锅中，在50℃～100℃下蒸发得到湿凝胶，烘干煅烧后研磨即得LaFeO₃/ATP纳米复合材料；

(2)将步骤(1)中所得的LaFeO₃/ATP纳米复合材料浸渍于碳量子点溶液中，烘干后研磨即得到碳量子点修饰的铁酸镧/凹凸棒纳米复合材料，

其中，碳量子点通过柠檬酸在双氧水中水热法制备得到，双氧水中过氧化氢和柠檬酸的摩尔比为0.3～0.6：1，水热法具体为160℃反应8h，

浸渍时间为15～24h，烘干温度为60℃～100℃。

本发明还提供了一种上述碳量子点修饰的铁酸镧/凹凸棒纳米复合材料的应用：将该复合材料作为催化剂进行光催化脱硝。

本发明的有益效果在于：

现有的制备工艺所得到的碳量子点往往粒径过大，对此，本发明在柠檬酸碳源水热过程中加入双氧水，发现以此为水热体系提供了羟基环境后，有效控制了所生成的碳量子点的粒径小于5nm；

采用浸渍法制备得到碳量子点/铁酸镧/凹凸棒石纳米复合材料，钙钛矿粒径小，负载均匀，凹凸棒表面类分子筛的微孔结构促进对NH₃的吸收，在降低了成本的同时，发挥了三者协同催化的作用；

碳量子点对可见光有良好的吸收，既可以作为电子供体也可作为电子受体，能够使光生电子更快进行传导，有利于催化活性的提高；

本发明充分发挥了碳量子点修饰钙钛矿产生的优异光催化活性，使得NOx不必借助高温SCR反应，直接在低温下即可以还原分解，低温活性好，同时能耗降低。

附图说明

图1为实施例1中原料ATP、所制备的CQDs、CQDs/LaFeO₃/ATP的XRD谱图。